Дифракционная оптика, оптические технологии. Рубрика в журнале - Компьютерная оптика
Влияние длины волны на распространение мощных фемтосекундных лазерных импульсов в алмазе
Scientific article
Проведено численное моделирование распространения мощных фемтосекундных лазерных пучков в кристалле алмаза в режиме самофокусировки. Длина волны моделируемых пучков варьировалась в широком диапазоне (400 нм, 532 нм, 800 нм и 1064 нм), который охватывает наиболее распространённые ультракороткие лазерные системы. Для всех длин волн обнаружено ограничение роста плотности лазерной энергии внутри алмазного кристалла при увеличении энергии импульса. Данный эффект имеет определенное сходство с эффектом оптического лимитирования в лазерных филаментах, однако проявляется вне зоны формирования филамента и способен приводить к выравниванию плотности лазерной энергии, а также электронной плотности внутри обширной предфокальной области.
Free
Scientific article
В работе представлены результаты измерения характеристик дополнительной фазовой модуляции серийного амплитудного жидкокристаллического пространственно-временного модулятора света HoloEye LC 2002. Получена зависимость величины вносимого фазового сдвига данного жидкокристаллического пространственно-временного модулятора от поданного на него сигнала, определяющего амплитудное пропускание. Выполнено математическое моделирование работы инвариантного дифракционного оптико-цифрового коррелятора на базе жидкокристаллического пространственно-временного модулятора с фазовым сдвигом, зависящим от амплитуды в соответствии с измеренными ранее данными. Для обеспечения инвариантности корреляционного распознавания использованы два типа корреляционных фильтров - оптимальный компромиссный фильтр с максимальной средней высотой корреляционного пика и фильтр с минимумом шума и энергии корреляции. Предложен метод оптимизации корреляционных фильтров с целью компенсации ошибки распознавания, обусловленной наличием дополнительной фазовой модуляции, позволяющий в ряде случаев не только компенсировать, но и уменьшить ошибку распознавания.
Free
Scientific article
В работе с помощью пакета Zemax исследовались аберрации волнового фронта, возникающие в изображении при изменении кривизны поверхности роговицы человеческого глаза. Использовалась модель глаза Лиоу-Бреннана. Кривизна поверхностей и аберрации волнового фронта в данной работе описывались полиномами Цернике. Показана возможность компенсации аберраций дефокусировки и астигматизма путём внесения в кривизну передней поверхности роговицы соответствующих полиномов.
Free
Scientific article
Проведён анализ пространственной селективности вырожденного четырёхволнового преобразователя излучения в прозрачной двухкомпонентной среде с учётом электрострикции и эффекта Дюфура в зависимости от коэффициента отражения. Показано наличие корреляции зависимостей коэффициента отражения и полуширины полосы не отражённых таким преобразователем пространственных частот от интенсивности волн накачки.
Free
Scientific article
Приведены результаты исследования влияния метода синтеза голограмм, а также используемого при описании объектной волны распределения фазы в плоскости объекта на качество восстановленного изображения. Работа выполнена методом численных экспериментов применительно к синтезу голограмм-проекторов двумерных амплитудных бинарных транспарантов - фотошаблонов, предназначаемых для использования при реализации метода голографической фотолитографии. Рассмотрены два метода синтеза голограмм: метод, основанный на принципе Гюйгенса, и метод таблиц соответствия. Продемонстрировано влияние фазовых масок, установленных в освещающую объект волну, на качество восстановленного изображения.
Free
Влияние намагниченности слоёв магнитооптической структуры на отражение электромагнитных волн
Scientific article
Рассматривается взаимодействие света с многослойной магнитооптической структурой, каждый слой которой имеет индивидуальное направление вектора намагниченности. Используется матричный метод расчёта коэффициентов прохождения и отражения света с учётом неоднородности параметров среды. Проведена оценка влияния неоднородности намагниченности на спектральные характеристики коэффициентов отражения и прохождения.
Free
Scientific article
Проведён анализ пространственной селективности вырожденного четырёхволнового преобразователя излучения в прозрачной двухкомпонентной среде с учётом электрострикции и эффекта Дюфура в зависимости от поворота и расходимости волн накачки. Получены выражения, связывающие ширину полосы наиболее эффективно преобразуемых пространственных частот с углом поворота и расходимостью волн накачки.
Free
Влияние погрешностей изготовления секторной металинзы на результаты фокусировки
Scientific article
В статье показано, что 16-секторная металинза, преобразующая линейно-поляризованный свет в азимутально-поляризованный вихрь, при освещении её светом с линейной поляризацией формирует субволновое фокусное пятно с размерами по полуспаду интенсивности вдоль обеих осей, равными 0,75 от длины волны фокусируемого света. Было показано, что результаты фокусировки металинзой чувствительны к отклонению фактического рельефа от расчётного. В частности, изменение высоты рельефа приводит к отсутствию обратного потока энергии в фокусном пятне при освещении металинзы светом с круговой поляризацией.
Free
Влияние поперечной деформации фотонно-кристаллического волокна на его спектральные характеристики
Scientific article
При помощи численного моделирования рассмотрено распространение света в цельностеклянном фотонно-кристаллическом волокне. Проведено сравнение спектральных характеристик волокна с идеализированной гексагональной структурой и волокна с деформациями поперечного профиля. В расчётах использовались методы, основанные на пространственном преобразовании Фурье. Показана возможность совместного возбуждения мод полного внутреннего отражения и основной моды фотонной запрещённой зоны. Деформация структуры фотонно-кристаллического волокна приводит к сдвигу и сужению фотонной запрещённой зоны. Возбуждение мод полного внутреннего отражения приводит к росту поглощения на границах спектральной полосы пропускания волокна.
Free
Влияние потерь на оптические свойства хиральной метамембраны
Scientific article
В работе теоретически исследован оптический отклик (то есть спектры отражения, пропускания и поглощения) фотонно-кристаллического слоя с квадратной решеткой хиральных отверстий с осью вращения C2 на циркулярно-поляризованный свет. Геометрические параметры структуры подобраны для достижения максимально возможного циркулярного дихроизма отклика при условии полного отсутствия оптических потерь в системе. Показано, что добавление потерь в тонких приповерхностных слоях структуры, например, вследствие рассеяния на неоднородностях поверхности или поглощения из-за металлизации приповерхностных слоев, приводят к быстрой деградации степени хиральности оптического отклика с ростом величины поглощения. Расчеты проведены для хирального фотонно-кристаллического слоя, изготовленного из алмаза, для диапазона длин волн λ=10–12 мкм (волновое число 830–1000 см–1).
Free
Scientific article
В работе теоретически исследована динамика широкоапертурного полупроводникового поверхностно излучающего лазера с вертикальным резонатором (VCSEL) с учетом фактора Генри. Выполнен линейный анализ устойчивости пространственно-однородного режима генерации, и показано, что в таких лазерах развивается модуляционная неустойчивость. Определен минимальный размер апертуры, при которой начинает развиваться неустойчивость оптического поля. Результаты подтверждены численным решением системы дифференциальных уравнений. Показано, что подавление модуляционной неустойчивости может достигаться при инжекции в резонатор внешнего оптического излучения малой амплитуды.
Free
Scientific article
Методом функции размытия точки проанализировано качество обращения волнового фронта при вырожденном четырёхволновом взаимодействии на тепловой нелинейности в схеме с попутными волнами накачки с учётом их пространственной структуры. Показано, что в плоскости волн накачки ширина модуля функции размытия точки резко уменьшается с увеличением угла между плоскими волнами накачки. При фиксированном направлении распространения волн накачки учёт их расходимости приводит к дополнительному сужению модуля функции размытия точки.
Free
Scientific article
В статье приведены результаты численного расчёта огибающей и частотного профиля импульса при распространении в диспергирующей среде на примере распространения фемтосекундного импульса в плазме. Дано объяснение возникновению модуляции в нечётных порядках приближения теории дисперсии и исчезновению - в чётных порядках. Показано, что достаточным для проведения большинства расчётов переноса ультракоротких импульсов может считаться четвёртое приближение теории дисперсии.
Free
Scientific article
Все природные и искусственно изготовленные твердые микрочастицы имеют шероховатую поверхность. При рассеянии на таких частицах оптического излучения текстура поверхности, помимо геометрической формы рассеивателя, становится важным морфологическим фактором, определяющим его оптические свойства. Мы представляем результаты численного FDTD-моделирования фокусировки оптической волны диэлектрической микросферой со случайно сгенерированными шероховатостями поверхности. Рассмотрены варианты азимутально симметричных и несимметричных искажений поверхности частицы. Показано, что ключевые параметры ближнепольной фокальной области (интенсивность, продольный и поперечные размеры, фокусное расстояние) для так называемой фотонной наноструи оказываются чувствительными к изменению текстуры поверхности сферы. При этом наибольшим изменениям подвержены два параметра - пиковая интенсивность фотонной наноструи и ее протяженность. Исследовано влияние оптического контраста (относительного показателя преломления) рассеивающей излучение микросферы на характеристики фотонной наноструи, а также показана возможность снижения влияния шероховатостей поверхности на качество фокусировки ближнего оптического поля при обводнении микросфер.
Free
Scientific article
В работе представлено методическое обеспечение работ с использованием разработанных автором новых методов спекл-голографии, внедренных в практику промышленных испытаний натурных авиаконструкций. Представлены новые методы регистрации спекл-голограмм сфокусированного изображения и во встречных пучках, а также способы расшифровки спекл-голограмм для измерения отдельных плоских и нормальных пространственных компонент деформаций и перемещений в промышленных испытаниях материалов и элементов натурных авиаконструкций при исследовании широкого спектра задач прочности и долговечности.
Free
Scientific article
В работе предлагается простой аналитический метод решения задачи о возбуждении поверхностных плазмон-поляритонов металлической наноантенной, расположенной вблизи поверхности металла. Метод основан на теореме взаимности и аналогичен нахождению амплитуд мод диэлектрических волноводов, возбуждаемых источниками тока. Для большей наглядности предлагаемый подход демонстрируется на примере наиболее простой двухмерной геометрии. Справедливость аналитического решения подтверждается результатами численного моделирования методами конечных разностей и конечных элементов.
Free
Scientific article
Экспериментально исследовано распространение различным образом структурированных вихревых пучков с длиной волны 1530 нм через случайную искажающую среду. Проанализировано влияние аэрозольной преграды на сцинтилляционный индекс пучка. Экспериментально исследована возможность корреляционного детектирования наличия вихревой фазы в условиях блужданий пучков, вызванных потоком теплого воздуха.
Free
Scientific article
Рассмотрены три оптические системы, использующие дифракционные оптические элементы для генерации поверхностных плазмон-поляритонов с орбитальным угловым моментом на осесимметричных проводниках. Во всех трёх системах падающее излучение сначала преобразуется бинарными спиральными фазовыми аксиконами в совокупность сходящихся к оптической оси плоских волн. В зоне пересечения этих волн формируется «закрученный» Бесселев пучок. Подогнав диаметр первого кольца Бесселева пучка к диаметру цилиндрического проводника, можно генерировать вращающийся поверхностный плазмон-поляритон методом дифракции на краю ("end-fire coupling"). Использование дополнительной линзы позволяет преобразовать возбуждающий поверхностный плазмон-поляритон Бесселев пучок в закрученный кольцевой пучок, диаметр которого не зависит от топологического заряда пучка. В третьей схеме сходящиеся плоские волны «перехватываются» цилиндрической металлической дифракционной решёткой, формирующей закрученные поверхностные плазмон-поляритоны на присоединенном к решётке цилиндрическом проводнике. Приведены примеры возможного использования предлагаемых систем в экспериментах на терагерцовом лазере на свободных электронах.
Free
Волноводные моды в планарной структуре "графен-полупроводник-графен"
Scientific article
Исследуются волноводные режимы оптического диапазона в плёнке полупроводника с обкладками из графена. Показана зависимость модовых характеристик от химического потенциала графена и толщины плёнки. Построены дисперсионные зависимости для первых волноводных мод, частотные зависимости их групповой и фазовой скоростей, распределение плотности потока энергии в структуре. Показано наличие спектральных интервалов, в которых наблюдается малая фазовая и отрицательная групповая скорость волноводных мод. Установлена возможность перестройки волноводного режима за счёт изменения химического потенциала графена и толщины плёнки полупроводника.
Free
Восстановление альбедо поверхности по данным высокого пространственного разрешения
Scientific article
Представлены три пары формул; каждая пара состоит из формулы, выражающей коэффициент яркости в целевом пикселе на верхней границе атмосферы через значения альбедо в целевом и окружающем пикселях поверхности, и формулы, выражающей альбедо поверхности в целевом пикселе через значения коэффициентов яркости в пикселях на верхней границе атмосферы. Приведен вывод каждой пары формул; представлены предположения, при которых они получены. Формулы только одной пары находятся решением уравнения переноса излучения в одномерной геометрии. Формулы двух других пар включают величины, полученные решением уравнения переноса в трехмерной геометрии. Представлены результаты тестирования точности всех формул при решении задач атмосферной коррекции данных высокого (30 м) пространственного разрешения. Тестирование выполнено на задачах со слоем аэрозоля оптической толщины от 0,2 до 2 для длины волны l = 0,55 мкм и всевозможными значениями альбедо в целевом и окружающем пикселях (от 0,1 до 0,9). Показано, что только одна пара формул из трех обладает высокой точностью при всех условиях. Формулы двух других пар обладают приемлемой (до 10 %) точностью только при малых значениях аэрозольной оптической толщины и небольшом различии альбедо поверхности в целевом и окружающем пикселях.
Free
